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JP3152922B2 - Current mirror circuit - Google Patents

Current mirror circuit

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Publication number
JP3152922B2
JP3152922B2 JP15380090A JP15380090A JP3152922B2 JP 3152922 B2 JP3152922 B2 JP 3152922B2 JP 15380090 A JP15380090 A JP 15380090A JP 15380090 A JP15380090 A JP 15380090A JP 3152922 B2 JP3152922 B2 JP 3152922B2
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JP
Japan
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transistor
output
drain
transistors
circuit
Prior art date
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Application number
JP15380090A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03114305A (en
Inventor
クリストファー、シテラ
Original Assignee
エスジーエス―トムソン、マイクロエレクトロニクス、リミテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エスジーエス―トムソン、マイクロエレクトロニクス、リミテッド filed Critical エスジーエス―トムソン、マイクロエレクトロニクス、リミテッド
Publication of JPH03114305A publication Critical patent/JPH03114305A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3152922B2 publication Critical patent/JP3152922B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is DC
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26Current mirrors
    • G05F3/262Current mirrors using field-effect transistors only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電流ミラー回路に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a current mirror circuit.

(従来の技術) 電流ミラー回路はMOS(金属酸化物半導体)アナログ
装置において周知である。これらは電源を電流シンクに
変換しあるいはその逆の変換を行うために用いられるも
のである。
2. Description of the Related Art Current mirror circuits are well known in MOS (metal oxide semiconductor) analog devices. These are used to convert the power supply to a current sink or vice versa.

基本的な電流ミミラーは第1および第2FET(電界効果
トランジスタ)を有し、それらのソースは一つの共通の
定電位に接続し、それらのケートは共通となっている。
更に、第1トランジスタのゲートはそのドレンに接続す
る。電流源は第1トランジスタのドレンに接続し、その
出力電流は第2トランジスタのドレンの負荷からとり出
される。この場合、入力電流に対する出力電流の比は電
流ミラーにおけるトランジスタの寸法比により理想的に
は限定される。
A basic current mirror has first and second FETs (field effect transistors), whose sources are connected to one common constant potential, and whose gates are common.
Further, the gate of the first transistor connects to its drain. A current source is connected to the drain of the first transistor, and its output current is taken from the drain load of the second transistor. In this case, the ratio of the output current to the input current is ideally limited by the dimensional ratio of the transistors in the current mirror.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら実際には電流ミラー回路の精度は他の因
子、特にその出力インピーダンスによりきまる。理想的
にはこのインピーダンスは無限あるいは電流ミラーに接
続する負荷と比較して非常に大であるべきである。実際
には従来の電流ミラー回路のインピーダンスは例えば高
利得増幅器のような、多くの応用においては小さすぎ
る。
However, the accuracy of the current mirror circuit is actually determined by other factors, especially its output impedance. Ideally, this impedance should be infinite or very large compared to the load connected to the current mirror. In practice, the impedance of conventional current mirror circuits is too small for many applications, for example, high gain amplifiers.

電流ミラー回路はまた1つの入力電流の定倍である出
力電流またはいくつかの出力電流の発生にも応用でき
る。
The current mirror circuit can also be applied to generate an output current that is a fixed multiple of one input current or several output currents.

第1図は従来のカスコード電流ミラーを示しており、
これはゲートとドレンが接続したnチャンネルトランジ
スタ1とこのトランジスタのゲートに接続するゲートを
有する第2のnチャンネルトランジスタ2からなる第1
トランジスタ対を有する。入力電流Iinを出す電流源は
第1トランジスタのドレンに接続し、その出力Ioutは第
2トランジスタ3のドレンに接続した負荷(図示せず)
からとり出される。第2のトランジスタ対は次のように
接続する。第3nチャンネルトランジスタ2が第1トラン
ジスタ1のソースに接続する。トランジスタ2のゲート
はそれ自体のドレンと第4nチャンネルトランジスタ4の
ゲートに接続する。第4トランジスタ4は第2トランジ
スタ3のソースに接続する。最初に第3および第4トラ
ンジスタ2,4のソーは接地される。この構成において、
第2のトランジスタのドレン電圧Vds3が増加すると出力
電流Ioutが入力電流Iinに対するその正しい値に対し増
加する傾向があるとすれば第4のトランジスタのドレン
・ソース電圧Vds4が増加し、それにより第2のトランジ
スタ3のゲートソース電圧Vds3が減少する傾向となる。
これにより、第2トランジスタ3のドレンソースチャン
ネルに沿って流れる電流量が制限され、従って出力電流
Ioutが減少する。このようにこの回路は自己制御用に負
帰還を利用している。
FIG. 1 shows a conventional cascode current mirror,
It comprises a first n-channel transistor 1 having a gate and drain connected and a second n-channel transistor 2 having a gate connected to the gate of the transistor.
It has a transistor pair. A current source for generating the input current Iin is connected to the drain of the first transistor, and its output Iout is a load (not shown) connected to the drain of the second transistor 3.
Taken from The second transistor pair is connected as follows. A third n-channel transistor 2 connects to the source of the first transistor 1. The gate of transistor 2 connects to its own drain and the gate of 4th n-channel transistor 4. The fourth transistor 4 is connected to the source of the second transistor 3. First, the saws of the third and fourth transistors 2, 4 are grounded. In this configuration,
If the drain current Vout3 of the second transistor increases and the output current Iout tends to increase to its correct value for the input current Iin, the drain source voltage Vds4 of the fourth transistor increases, thereby increasing the second transistor , The gate-source voltage Vds3 of the transistor 3 tends to decrease.
This limits the amount of current flowing along the drain source channel of the second transistor 3 and therefore the output current
Iout decreases. Thus, this circuit utilizes negative feedback for self-control.

第1図の回路は電流源を電流シンクに変換するのに適
している。場合によっては、現存する電源から第2の電
流源をとり出すために、電流ミラー形の回路の用いる必
要がある。現像する電流源とは値の異なる第2の電流源
が必要なときあるいは1個の電流源から複数の同様な電
流源をつくるべきときがそれである。複数の電流源は例
えばディジタル−アナログ変換器に用いられる。このた
めに、反転電流ミラー回路が第2トランジスタ3のドレ
ンの負荷として用いられる(第2図)。反転電流ミラー
回路は第1図のトランジスタ1〜4について前述したよ
うなカスコード形状に接続された2対の電流ミラーPチ
ャンネルトランジスタ5,6および7,8からなる。この反転
回路の動作についてはトランジスタ1〜4のそれとほぼ
同じであるから詳細な説明を省略するが、出力電流Iout
が入力電流Iinに対し、所定の正確な関係をもつように
満足すべき出力インピーダンスをつくるためにはトラン
ジスタ対1,3および7,8が必要である。周知のディジタル
−アナログ変換電流ミラーではトランジスタ6,8で示さ
れ、また第2図には点線でのみ示される複数のトランジ
スタ出力構成がある。
The circuit of FIG. 1 is suitable for converting a current source into a current sink. In some cases, it may be necessary to use a current mirror type circuit to extract a second current source from an existing power supply. This is the case when a second current source having a different value from the current source to be developed is required or when a plurality of similar current sources are to be formed from one current source. The plurality of current sources are used, for example, in a digital-analog converter. For this purpose, an inverting current mirror circuit is used as a load for the drain of the second transistor 3 (FIG. 2). The inverted current mirror circuit comprises two pairs of current mirror P-channel transistors 5, 6 and 7, 8 connected in a cascode configuration as described above for transistors 1-4 in FIG. The operation of this inverting circuit is substantially the same as that of the transistors 1 to 4, and therefore detailed description is omitted.
In order to have a satisfactory output impedance so that it has a predetermined and accurate relationship with the input current Iin, the transistor pairs 1, 3 and 7, 8 are necessary. In the well-known digital-to-analog conversion current mirror, there are a plurality of transistor output configurations, indicated by transistors 6,8 and in FIG. 2 only by the dotted lines.

第2図の回路は大きなトレランスを有するCMOSディジ
タルプロセス用の半導体チップに組込む場合に大きな欠
点を有する。周知のように、与えられたゲート−ソース
電圧(Vgs)についてFETのドレン−ソース電流(Ids)
は実際の集積回路に組込むときのその幅/長さについて
の比より制限される。処理中に生じうる最悪のソースを
考えてトランジスタの幅を特定することが、常に必要で
あるトレランスの大きいプロセスでは、プロセスのトレ
ランスによる長さの変化がより長いトランジスタについ
てよりも大きい逆効果を有する短いトランジスタについ
てこれは大きな問題である。2mA程度の一般的な入力電
流については電流ミラートランジスタ1〜4は夫々1500
0μm程度の幅Wと1−2μmの長さLが必要である。
1チップ上のスペースの観点から、これは極めて高価な
ものとなる。更に、FETにおけるIds,W,Vdsの関数は、幅
/長さの比が増加したとき、同一の電流に対しVdsが低
下するようなものとなる。第2図の回路において、Pチ
ャンネルトランジスタ5−8の幅/長さ比が減少する
と、Idsを一定にするためには、トランジスタ5,7のVgs
を大きくしなければならない。これはnチャンネルトラ
ンジスタ3のドレン電圧が接地殿域に近くなることを意
味する。トランジスタ3のVgsがそのドレン−ソース電
圧Vdsとしきい値電圧Vtの和より大となるとすると、ト
ランジスタ3は飽和動作領域から線形領域へと移ること
になる。飽和領域で動作するように設計された電流ミラ
ーは、Vdsが小さく変化してもIdsが大きく変化するため
に線形領域ではエラーとなる。トランジスタ4が同様に
その飽和動作領域からはずれると、このエラーが合成さ
れ、回路の電流ミラーとしての機能が停止する。トラン
ジスタ1−4の幅/長さ比の減少のトランジスタ3,4の
動作条件への影響は同じである。第2図の回路のように
電源電圧VDDと接地点との間に接続する4個のトランジ
スタがある場合には、各トランジスタの幅/長さ比は、
それらが最悪の条件についても飽和したままとなるよう
にできるだけ大きくなくてはならない。高温、低電源電
圧の場合には、トランジスタの寸法を大きくしすぎるこ
となくそれらを飽和させたままにするためにトレイラン
スの大きいプロセスについて周知の回路設計を用いるこ
とはできない。もちろん、1個のチップにできるだけ多
くの回路をつくという点からみると、トランジスタの幅
を小さくすることが重要である。
The circuit of FIG. 2 has a major drawback when it is incorporated into a semiconductor chip for CMOS digital processes having a large tolerance. As is well known, the drain-source current (Ids) of the FET for a given gate-source voltage (Vgs)
Is limited by its width / length ratio when incorporated into an actual integrated circuit. Identifying transistor widths in view of the worst possible sources during processing is always necessary in high tolerance processes, where the change in length due to process tolerance has a greater adverse effect than for longer transistors This is a major problem for short transistors. For a general input current of about 2 mA, each of the current mirror transistors 1-4 is 1500
A width W of about 0 μm and a length L of 1-2 μm are required.
This is extremely expensive in terms of space on one chip. Furthermore, the function of Ids, W, Vds in the FET is such that as the width / length ratio increases, Vds decreases for the same current. In the circuit of FIG. 2, when the width / length ratio of the P-channel transistor 5-8 decreases, the Vgs of the transistors 5 and 7 is required to keep Ids constant.
Must be increased. This means that the drain voltage of the n-channel transistor 3 approaches the ground region. Assuming that Vgs of transistor 3 is greater than the sum of its drain-source voltage Vds and threshold voltage Vt, transistor 3 will move from a saturated operating region to a linear region. Current mirrors designed to operate in the saturation region will fail in the linear region because Ids will change significantly even if Vds changes small. If the transistor 4 is also out of its saturation operating region, this error will be compounded and the circuit will stop functioning as a current mirror. The effect of reducing the width / length ratio of transistors 1-4 on the operating conditions of transistors 3 and 4 is the same. If there are four transistors connected between the power supply voltage VDD and the ground point as in the circuit of FIG. 2, the width / length ratio of each transistor is
They must be as large as possible so that they remain saturated even under worst-case conditions. At high temperatures and low supply voltages, well-known circuit designs for high tolerance processes cannot be used to keep the transistors saturated without making the dimensions of the transistors too large. Of course, from the viewpoint that as many circuits as possible are formed on one chip, it is important to reduce the width of the transistor.

(課題を解決するための手段) 本発明によれば、第1および第2MOS電界効果トランジ
スタからなる電流ミラー回路が設けられる。これらのト
ランジスタのソースは固定電位とされ、ゲートは共通の
ゲート電圧を受けるように接続され、第1トランジスタ
のドレンは電流源に接続する。第2トランジスタのドレ
ンには活性的に制御可能な帰還エレメントが接続されて
おり、このエレメントは第1および第2トランジスタの
ドレン電圧の差に応じて差動増幅器により制御され、第
1および第2トランジスタのドレン電圧を実質的に等し
く維持する。
According to the present invention, there is provided a current mirror circuit including first and second MOS field-effect transistors. The sources of these transistors are at a fixed potential, the gates are connected to receive a common gate voltage, and the drain of the first transistor is connected to a current source. An active controllable feedback element is connected to the drain of the second transistor, the element being controlled by a differential amplifier in response to the difference between the drain voltages of the first and second transistors, and the first and second elements being controlled by a differential amplifier. Keeping the drain voltage of the transistor substantially equal.

(作 用) この帰還エレメントと差動増幅器のこのような使用に
より電流ミラートランジスタのドレン−ソース電圧は回
路の動作条件の変化、例えば負荷特性(温度および例え
ばプロセスのトレランスにより影響を受ける)の変化ま
たは電源電圧の変化には無関係に等しく維持される。第
2トランジスタのドレン−ソース電圧は第1トランジス
タのドレン−ソース電圧にのみ依存するから、負荷条件
にはほとんど影響されず、そしてそのためこの電流ミラ
ー回路は従来の電流ミラーより高く、カスコード電流ミ
ラー回路と同様のインピーダンスを有する。
(Operation) Due to this use of the feedback element and the differential amplifier, the drain-source voltage of the current mirror transistor changes in the operating conditions of the circuit, for example, changes in load characteristics (affected by temperature and process tolerance, for example). Alternatively, it is maintained equal regardless of a change in the power supply voltage. Since the drain-source voltage of the second transistor depends only on the drain-source voltage of the first transistor, it is hardly affected by the load condition, and thus this current mirror circuit is higher than the conventional current mirror, and the cascode current mirror circuit Has the same impedance as.

しかしながら、ソース−ドレン電圧の帰還制御により
電流ミラートランジスタの幅は約1300μmまで、カスコ
ード電流ミラー回路と比較すると大きく減少しうる。カ
スコード・トランジスタは不要であるため電源ラインに
またがるトランジスタは少く、そのためそれらを飽和さ
せておくための問題も少い。
However, due to the feedback control of the source-drain voltage, the width of the current mirror transistor can be greatly reduced to about 1300 μm as compared with the cascode current mirror circuit. Since no cascode transistors are required, fewer transistors span the power supply line, and therefore there are fewer problems keeping them saturated.

この帰還エレメントは差動増幅器の出力信号を受ける
ようになったゲートを有するFETであるとよい。このFET
はこの差動増幅器の出力を受けるようになった順方向増
幅回路により駆動することができる。これにより、第2
のFETのVgsは第2トランジタのドレン電圧には無関係に
増加しうるようになり、それにより、より強く導通しう
るようになる。このトランジスタは同一のIdsについて
より小さい幅/長さ比をもってくることが出来る。
The feedback element may be an FET having a gate adapted to receive the output signal of the differential amplifier. This FET
Can be driven by a forward amplifier circuit that receives the output of the differential amplifier. Thereby, the second
Vgs of the first FET can be increased independently of the drain voltage of the second transistor, and thereby can conduct more strongly. This transistor can come with a smaller width / length ratio for the same Ids.

本発明の回路を入力電流の一定倍である出力電流の発
生に用いる場合には第2トランジスタのドレンにこの帰
還エレメントと直列の他のトランジスタを接続するとよ
い。第1出力エレメントは差動増幅器により駆動され、
第2出力エレメントは第1出力エレメントに直列に接続
すると共にこの付加的なトランジスタに接続する。複数
の出力電流を発生する場合には、夫々第1および第2出
力エレメントからなり、出力電流を与えるようになった
複数のセットを第1および第2出力エレメントと並列に
接続することが出来る。この構成により、本発明の回路
は従来の回路が必要とするシリコンの面積を使用するこ
となく出力エレメントバイアス電圧を発生しうるという
特別の効果を有することになる。更に、夫々のカスケー
ド対として直列接続した第1および第2出力エレメント
のセットは高インピーダンスの電流源をつくることにな
る。
When the circuit of the present invention is used to generate an output current that is a constant multiple of the input current, another transistor in series with the feedback element may be connected to the drain of the second transistor. The first output element is driven by a differential amplifier,
The second output element is connected in series to the first output element and to this additional transistor. When a plurality of output currents are generated, a plurality of sets each including a first and a second output element and adapted to provide an output current can be connected in parallel with the first and the second output elements. With this configuration, the circuit of the present invention has the special effect of being able to generate an output element bias voltage without using the silicon area required by conventional circuits. Further, the set of first and second output elements connected in series as respective cascade pairs will create a high impedance current source.

第1および第2トランジスタのゲートは第1トランジ
スタのドレンに接続しうるが、好適には第1および第2
トランジスタのゲートは別の電圧源回路から共通のゲー
ト電圧を受けるようにするとよい。
The gates of the first and second transistors may be connected to the drain of the first transistor, but preferably the first and second transistors
Preferably, the gates of the transistors receive a common gate voltage from another voltage source circuit.

ゲート電圧の独立的な制御は、VgsをVdsより大としう
ることを意味する。これにより、小さいトランジスタ、
すなわち、幅/長さ比の小さいトランジスタにそれの大
きいトランジスタと同じ電流を流しうるようになる。一
般に、電流ミラートランジスタの幅は約360μmまで減
少しうる。従って、大きなトレランスを考慮してもトラ
ンジスタの幅は著しく減少する。
Independent control of the gate voltage means that Vgs can be greater than Vds. This allows small transistors,
That is, the same current can flow through a transistor having a small width / length ratio as a transistor having a large width / length ratio. In general, the width of the current mirror transistor can be reduced to about 360 μm. Therefore, the width of the transistor is significantly reduced even in consideration of a large tolerance.

〔実施例〕〔Example〕

次に第3〜5図により本発明の実施例を説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

従来の電流ミラー回路の要素は第3図において、ドレ
ンに電流源Iinを接続した第1nチャンネルトランジスタ2
4およびこのトランジスタのゲートに接続するゲートを
有する第2トランジスタ26とに示されている。これら第
1および第2トランジタのソースは固定電位(接地電
位)し、接続する。トランジスタ26のドレンにはPチャ
ンネル電界効果トランジスタ28の形で活性的に制御可能
な帰還エレメントが接続される。第3図の実施例ではト
ランジスタ24,26のゲートは点30において第1トランジ
タ24のドレンに接続する。Pチャンネトランジスタ28の
ゲートは差動増幅器すなわち、オペアンプ12の出力に接
続する。オペアンプ12は電流ミラー回路内に帰還ループ
をつくる。オペアンプ12の負入力14は点16の第1トラン
ジスタ24のドレン電圧V1を受ける。オペアンプ12の正入
力18は点20の第2トランジスタ26のドレン電圧V2を受
け。オペアンプ12の目的は第1および第2トランジスタ
24と26のドレン電圧V1とV2を等しくすることである。第
2トランジスタ26のドレン電圧V2が第1トランジスタ24
のドレン電圧V1に対し増加すると、オペアンプ12の出力
信号Voはトランジタ28のVgsしたがってIdsを減少させそ
れにより第2トランジタ26のドレン電圧V2を減少させる
ように作用する。ドレン電圧V2がV1より低くなると、オ
ペアンプ12の出力信号はトランジスタ20のVgsを増加さ
せてV2を上昇させるように作用する。このようにして点
16と20は連続的に等しくバイアスされる。
In FIG. 3, the element of the conventional current mirror circuit is a first n-channel transistor 2 having a drain connected to a current source Iin.
4 and a second transistor 26 having a gate connected to the gate of this transistor. The sources of the first and second transistors have a fixed potential (ground potential) and are connected. An active controllable feedback element in the form of a P-channel field effect transistor 28 is connected to the drain of transistor 26. In the embodiment of FIG. 3, the gates of transistors 24 and 26 connect to the drain of first transistor 24 at point 30. The gate of the P-channel transistor 28 is connected to the output of the differential amplifier, ie, the operational amplifier 12. The operational amplifier 12 creates a feedback loop in the current mirror circuit. The negative input 14 of the operational amplifier 12 receives the drain voltage V1 of the first transistor 24 at point 16. The positive input 18 of the operational amplifier 12 receives the drain voltage V2 of the second transistor 26 at point 20. The purpose of the operational amplifier 12 is the first and second transistors
This is to make drain voltages V1 and V2 of 24 and 26 equal. The drain voltage V2 of the second transistor 26 is
Increases with respect to the drain voltage V1, the output signal Vo of the operational amplifier 12 acts to reduce the Vgs of the transistor 28 and thus the Ids, thereby reducing the drain voltage V2 of the second transistor 26. When the drain voltage V2 becomes lower than V1, the output signal of the operational amplifier 12 acts to increase Vgs of the transistor 20 and increase V2. This way the point
16 and 20 are continuously equally biased.

オペアンプ12の出力とその正入力18との間には、制御
ループの位相マージンが45℃以下であるときそのループ
を安定化させるコンデンサC1が接続する。
Connected between the output of the operational amplifier 12 and its positive input 18 is a capacitor C1 that stabilizes the control loop when its phase margin is 45 ° C. or less.

出力トランジスタ50のゲートはオペポンプ12の出力信
号Voを受けるようになっており、このトランジスタはこ
の出力で駆動される。この回路の出力インピーダンスを
増加させるために第2の出力トランジスタ52が第1の出
力トランジスタ50に直列に接続する。他のPチャンネル
トランジスタ48が第2トランジスタ26のドレンに接続し
て第1出力トランジスタ52を駆動するようになってお
り、これはそのゲートにトランジスタ48のゲート電圧Vg
を受けるようになっている。第3図に点線へ示すように
いくつかの出力トランジスタセットを設けることができ
る。出力トランジスタ50,52は電流源Iinにより制御され
た電流ミラー回路の出力電流Ioutを発生する。
The gate of the output transistor 50 receives the output signal Vo of the operation pump 12, and this transistor is driven by this output. A second output transistor 52 is connected in series with the first output transistor 50 to increase the output impedance of the circuit. Another P-channel transistor 48 is connected to the drain of the second transistor 26 to drive the first output transistor 52, which has its gate connected to the gate voltage Vg of the transistor 48.
Is to receive. Several output transistor sets can be provided as shown by the dotted lines in FIG. The output transistors 50 and 52 generate an output current Iout of the current mirror circuit controlled by the current source Iin.

第4図において、2個のPチャンネルトランジスタ4
0,42と2個のチャンネルトランジスタ44,46からなる順
方向増幅回路がオペアンプ12の出力とPチャンネルトラ
ンジスタ48のゲートとの間に接続する。トランジスタ48
はこのとき第2の活性的制御可能な帰還エレメントとな
る。この増幅回路のこれらトランジスタは次のように接
続されている。すなわち、Pチャンネルトランジスタ40
のゲートがオペアンプ12の出力電圧Voを受けるよになっ
ており、このトランジスタ40は給電線VDDとnチャンネ
ルトランジスタ44のドレンとの間に接続する。トランジ
スタ44はゲートはそのドレンに接続し、そして、そのソ
ースとゲートは夫々nチャンネルトランジスタ46のソー
スゲートに接続する。Pチャンネルトランジスタ42はト
ランジスタ46のドレンに接続する。トランジスタ42は電
源VDDに接続し、そのゲートはトランジスタ46のドレン
と制御可能な帰還エレメントであるトランジスタ48のゲ
ートに接続する。
In FIG. 4, two P-channel transistors 4
A forward amplifier comprising 0,42 and two channel transistors 44,46 is connected between the output of the operational amplifier 12 and the gate of the P-channel transistor 48. Transistor 48
At this time becomes the second actively controllable feedback element. These transistors of this amplifier circuit are connected as follows. That is, the P-channel transistor 40
The transistor 40 is connected between the power supply line VDD and the drain of the n-channel transistor 44. Transistor 44 has a gate connected to its drain and its source and gate connected to the source-gate of n-channel transistor 46, respectively. P-channel transistor 42 connects to the drain of transistor 46. Transistor 42 is connected to power supply VDD, and its gate is connected to the drain of transistor 46 and to the gate of transistor 48, which is a controllable feedback element.

この回路の目的はトランジスタ48のゲート電圧V2を比
較器12の出力電圧Voの正の関数とすることである。比は
次式で与えられる。
The purpose of this circuit is to make the gate voltage V2 of the transistor 48 a positive function of the output voltage Vo of the comparator 12. The ratio is given by:

但しW40とW42はトランジスタ40と42の幅をそれぞれ示
し、K1は定数である。この増幅回路の効果はトランジス
タ48の幅/長さ比を前述のように小さくすることであ
る。
Here, W40 and W42 indicate the widths of the transistors 40 and 42, respectively, and K1 is a constant. The effect of this amplifier circuit is to reduce the width / length ratio of transistor 48 as described above.

第5図は本発明の他の実施例を示す。第1および第2
トランジスタ24,26のゲートは第1トランジスタ24のド
レンに接続するのではなく点10の制御電圧Vcを受ける。
この制御電圧Vcは点22からトランジスタ24のドレン電圧
V1を受ける増幅回路からとり出される。この増幅回路は
接地したソースを有する入力および出力nチャンネルト
ランジスタ36,38からなる。2個のPチャンネルトラン
ジスタ32,34がトランジスタ36,38のドレンと電源VDDに
接続しそしてそれらのゲートは互いに接続する。トラン
ジスタ32,34のゲートも入力トランジスタ36のドレンに
接続する。出力トランジスタ38のドレンはそのゲートに
接続する。この回路はV1に対するVcの比が次式で与えら
れるように動作する。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. First and second
The gates of transistors 24 and 26 receive the control voltage Vc at point 10 instead of being connected to the drain of first transistor 24.
This control voltage Vc is the drain voltage of transistor 24 from point 22
Taken out of the amplifier circuit that receives V1. The amplifier circuit comprises input and output n-channel transistors 36, 38 having a grounded source. Two P-channel transistors 32,34 connect the drains of transistors 36,38 to the power supply VDD and their gates connect to each other. The gates of transistors 32 and 34 are also connected to the drain of input transistor 36. The drain of output transistor 38 is connected to its gate. This circuit operates such that the ratio of Vc to V1 is given by:

但しW38,W36はトランジスタ38,36の幅、K2は定数であ
る。Vpc従って第1および第2トランジスタ24,26のゲー
ト電圧の独立した制御により、このゲート電圧はドレン
電圧V1より高いがそのトランジスタが飽和からはずれる
程高くはない値に固定しうることになる。これは同一寸
法のトランジスタについてより多くの電流を流しうると
いう利点を与えるものであり、その場合のゲート電圧は
ドレン電圧に加算される。逆に電流値を一定とすればよ
り小型のトランジスタを使用できる。第トランジスタ24
は電源回路32,34,36,38により、飽和領域ではあるが、
より線形領域に近いところにバイアスされる。Pチャン
ネルトランジスタ28,42により形成される帰還エレメン
トの独立制御はこれらトランジスタの幅を、同じ電流に
ついて第2図のトランジスタ5,7に対し減少しうるとい
う、同じ効果を有する。Pチャンネルトランジスタ28,4
8,40,42の寸法は最高温度、最低電源電圧、最大トラン
ジスタ長および最高しきい値電圧という最悪の場合に
も、帰還エレメント28,48は飽和領域にあるように選ば
れる。他の場合には更に深い飽和領域となる。
Here, W38 and W36 are the widths of the transistors 38 and 36, and K2 is a constant. The independent control of Vpc and therefore the gate voltage of the first and second transistors 24, 26 allows this gate voltage to be fixed at a value higher than the drain voltage V1, but not so high that the transistor goes out of saturation. This offers the advantage that more current can flow for transistors of the same size, in which case the gate voltage is added to the drain voltage. Conversely, if the current value is constant, a smaller transistor can be used. 24th transistor
Is in the saturation region due to the power supply circuits 32, 34, 36, 38,
Biased closer to the linear region. The independent control of the feedback elements formed by the P-channel transistors 28, 42 has the same effect that the width of these transistors can be reduced for the same current as compared to the transistors 5, 7 of FIG. P-channel transistor 28,4
The dimensions of 8,40,42 are chosen so that in the worst case of maximum temperature, minimum supply voltage, maximum transistor length and maximum threshold voltage, feedback elements 28,48 are in the saturation region. In other cases, a deeper saturation region results.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この回路により可能となるトランジスタ幅の減少は重
要であり、第2図の場合(i)、第3図の場合(ii)、
第4図の場合(iii)および第5図の場合(iv)につい
てのトランジスタ幅を比較する第1表にそれを示す。
The reduction in transistor width made possible by this circuit is important, as in FIG. 2 (i), FIG. 3 (ii),
This is shown in Table 1 which compares the transistor widths for the case (iii) of FIG. 4 and the case (iv) of FIG.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は従来のカスコード電流ミラー回路の回路図、第
2図は入力電流の倍数であって変数の出力電流を与える
ことの出来る出力電流をつくるために用いられた場合の
従来のカスコード電流ミラー回路の回路図、第3図,第
4図および第5図は本発明の実施例の回路図である。 12……オペアンプ、24,26……第1および第2nチャンネ
ルトランジスタ、28,48……Pチャンネル電界効果トラ
ンジスタ、50,52……出力トランジスタ、40,42……Pチ
ャンネルトランジスタ、44,46……nチャンネルトラン
ジスタ。
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional cascode current mirror circuit, and FIG. 2 is a conventional cascode current mirror when used to generate an output current which is a multiple of an input current and can provide a variable output current. FIG. 3, FIG. 4, FIG. 4 and FIG. 5 are circuit diagrams of an embodiment of the present invention. 12 ... operational amplifiers, 24, 26 ... first and second n-channel transistors, 28, 48 ... P-channel field-effect transistors, 50, 52 ... output transistors, 40, 42 ... P-channel transistors, 44, 46 ... ... n-channel transistor.

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ソースが固定電位に接続されると共にゲー
トが共通の電位を入力するように接続され、第1のトラ
ンジスタのドレンが電流源に接続されている、第1及び
第2のMOS電界効果トランジスタ(24,26)と、 前記第2のトランジスタのドレンに接続されており、第
1及び第2のトランジタ(24,26)のドレン電圧の差に
応じて、これら第1及び第2のトランジスタのドレン電
圧が実質的に互いに等しくなるように維持するための差
動増幅器(12)により活性的に制御可能となっており、
この差動増幅器(12)の出力端子は、出力段(50,52)
に第1の基準電圧を出力するようになっている第1の出
力端子に接続されたものである、帰還エレメント(28)
と、 を有しており、 バイアスエレメント(48)が第2のトランジスタのドレ
ン及び前記活性的に制御可能な帰還エレメントに接続さ
れており、このバイアスエレメントは出力段(50,52)
に第2の基準電圧を出力するために第2の出力端子に結
合されており差動増幅器(12)の出力に応答する、 電流ミラー回路。
1. A first and a second MOS field having a source connected to a fixed potential, a gate connected to input a common potential, and a drain of a first transistor connected to a current source. An effect transistor (24, 26) and a drain of the second transistor, and the first and second transistors are connected in accordance with a difference between drain voltages of the first and second transistors (24, 26). Actively controlled by a differential amplifier (12) for maintaining the drain voltages of the transistors substantially equal to each other;
The output terminal of this differential amplifier (12) is the output stage (50, 52)
A feedback element (28) connected to a first output terminal adapted to output a first reference voltage
And a biasing element (48) connected to the drain of the second transistor and to the actively controllable feedback element, the biasing element being connected to the output stage (50, 52).
A current mirror circuit coupled to the second output terminal for outputting a second reference voltage to the output of the differential amplifier (12).
【請求項2】前記活性的に制御可能な帰還エレメント
(28)は、前記差動増幅器の出力端子に接続されたゲー
トを有する電界効果トランジスタである、 請求項1記載の回路。
2. The circuit of claim 1, wherein said actively controllable feedback element is a field effect transistor having a gate connected to an output terminal of said differential amplifier.
【請求項3】前記第1の出力端子に結合され、前記差動
増幅器により駆動される出力エレメント(50)を持つ出
力段を有する、 請求項1又は2記載の回路。
3. The circuit according to claim 1, further comprising an output stage coupled to said first output terminal and having an output element driven by said differential amplifier.
【請求項4】前記第1の出力エレメント(50)に直列接
続され、前記第2の出力端子に結合された別の出力エレ
メント(52)を有する、 請求項3記載の回路。
4. The circuit of claim 3, further comprising another output element connected in series with said first output element and coupled to said second output terminal.
【請求項5】前記各出力エレメントは電界効果トランジ
スタである、 請求項3又は4記載の回路。
5. The circuit according to claim 3, wherein each of said output elements is a field effect transistor.
【請求項6】前記バイアスエレメントは、そのゲートが
ドレンに接続されている電界効果トランジスタである、 請求項1乃至5のいずれかに記載の回路。
6. The circuit according to claim 1, wherein said bias element is a field-effect transistor whose gate is connected to a drain.
【請求項7】前記差動増幅器の出力を入力するように結
合され、且つ、前記バイアスエレメント(48)及び前記
別の出力エレメント(52)を駆動するように配置された
順方向増幅回路(40,42,44,46)を有する、 請求項4記載の回路。
7. A forward amplifier circuit (40) coupled to receive the output of said differential amplifier and arranged to drive said bias element (48) and said another output element (52). The circuit according to claim 4, comprising:
【請求項8】それぞれが出力電流を供給するような複数
の前記出力段を有する、請求項1乃至7のいずれかに記
載の回路。
8. The circuit according to claim 1, comprising a plurality of said output stages, each providing an output current.
【請求項9】前記第1及び第2のトランジスタのゲート
が、この第1のトランジスタのドレンに接続されてい
る、 請求項1乃至8のいずれかに記載の回路。
9. The circuit according to claim 1, wherein the gates of the first and second transistors are connected to a drain of the first transistor.
【請求項10】前記第1及び第2のトランジスタのゲー
トは、独立した電圧供給回路から共通の電圧を入力する
ように接続されている、 請求項1乃至8のいずれかに記載の回路。
10. The circuit according to claim 1, wherein the gates of the first and second transistors are connected to input a common voltage from independent voltage supply circuits.
【請求項11】前記差動増幅器(12)の出力端子と前記
第2のトランジスタ(26)の第3の端子との間に接続さ
れたコンデンサ(C1)をさらに有する、 請求項1乃至10のいずれかに記載の回路。
11. A capacitor (C 1 ) connected between an output terminal of the differential amplifier (12) and a third terminal of the second transistor (26). The circuit according to any one of the above.
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